基于DMSP/OLS的城市化进程与产业结构演变的关联分析 敬莉 李天然[摘 要]城市化水平的高低直接衡量着区域经济发展水平和现代化程度，而城市化进程与产业结构演变之间的匹配性是城市化水平稳定提升的重要条件利用DMSP和NPP综合夜间灯光指数测度城市化水平，并通过与产业结构偏离度和结构变动值回归，发现乌鲁木齐城市化水平与产业结构变动高度匹配，但是城市化发展质量不高应该以供给侧结构改革为主线，继续强化产业结构调整力度，提升乌鲁木齐高质量城市化水平，才能继续保持推动新疆经济增长的区域增长极地位[Key]城市化;产业结构演变;乌鲁木齐[]F293.1 [文献标志码]A城市化水平已经成为区域经济发展的衡量指标，也是解决不平衡不充分发展的关键领域十九大报告强调充分发挥城市带动能力，切实推动城市化发展，满足人们对美好生活的期待由于城市化水平的提升与城市产业结构优化升级相关联，如果城市化进程不能与相应的产业结构演变相匹配，将阻碍城市化水平的进一步提升，進而减弱城市化持续推动区域经济发展的能力有关测度城市化水平的方法较多，各种方法所得结论差异也较大，这种差异多数来自于统计数据的不足夜间灯光数据在一定程度上解决了这一统计数据不足的难题，从而得到广泛应用。
夜间灯光数据主要依靠气象卫星搭载的传感器提供的数据来衡量区域城市化水平，该方法通过采集夜间灯光的辐射信号，探测包括道路交通、小规模居民地、城市灯光甚至车流等低强度灯光，能够准确、直接地监测人类社会经济活动等[1]87目前，夜间灯光数据的研究主要集中在提取城市建成区[2]358、估算GDP[3]3057、估算能源消费[4]4443、检测碳排放量[5]143以及识别贫困人口[6]124等领域卓莉[7]893等首次采用夜间灯光数据研究省级层面上城市化问题，验证了城市化水平综合指数与夜间灯光数据具有较高的相关性华忆迪[8]154、廖祖君[9]106等学者从城市扩张和城市蔓延的角度探究其对经济增长的影响，将灯光数据作为城市蔓延指数的替代变量，研究发现城市蔓延在一定程度上会拉大各城市的发展水平，尤其是会对西部地区经济的高质量发展产生负面影响黄鸿健[10]2、李南锦[11]35等采用不同的灯光图像处理方法，构建综合夜间灯光指数，侧重研究了东中部经济发达地区和西南中心城市宗慧隽[12]125等在研究我国与“一带一路”沿线国家的贸易效率中，利用夜间灯光数据很好地解决了“一带一路”沿线各国由于存在跨度广、GDP核算体系不完全相同以及部分国家由于战乱导致数据的缺失等一系列问题，增强了结果的可靠性。
张俊[13]1533利用灯光数据这一优势研究了高铁开通对其沿线的县级市经济发展的影响魏敏[14]128、李书峰[15]2等基于耦合视角研究了城市化与产业结构之间的协调程度，探讨两者之间的相互作用，并指出第三产业是提升城市化水平的主要动力张颖[16]38等探究了在经济集聚作用下，产业结构升级对城市化的影响郭晓蓓[17]46等探究比较了中国与主要发达经济体产业结构发展趋势，应当积极参与国际贸易优化资源配置以促进产业结构优化升级虽然上述研究涉及面较广，但通过夜间灯光数据与城市化的拟合，再进一步探究城市化与产业结构的内在关联的文献相对较少本文第一部分讨论传统意义上的乌鲁木齐市城市化水平复合指数，第二部分专注于基于DMSP和NPP夜间灯光数据，在较长时间尺度中利用夜间灯光强度影像构建综合灯光指数拟合并测度新疆乌鲁木齐市城市化水平，第三部分专注于基于夜间灯光指数和城市化水平复合指数的乌鲁木齐城市化水平综合分析，第四部分专注于产业结构演变以及乌鲁木齐市城市化与产业结构水平之间的匹配性问题，深入探究城市化与产业结构之间的内在联系第五部分作为结论，提出相应的对策建议一、乌鲁木齐市城市化水平复合指数（一）城市化水平复合指数的构建在参考薛俊菲等学者的工作基础上[18]2005，选取经济城市化率、人口城市化率、社会生活城市化率和环境城市化率四个城市化指标构成城市化水平复合指数，分别采用第二产业增加值和第三产业增加值占GDP的比重、非农业人口占总人口的比重、城镇居民人均消费支出和建成区绿化覆盖率计算上述四个指标，并将这四个指标进行最大值标准化归一化处理，最终配以对应权重得到城市化水平复合指数：（二）乌鲁木齐城市化水平复合指数由于新疆的经济、人口、社会生活和环境城市化指标发展不均衡，经济城市化相对而言具有较大优势，人口城市化和环境城市化与其有一定差距，所以在参考于波等学者研究的基础上[19]33选取较为客观的熵值赋权法确定各指标权重为：WP=0.2，WE=0.41，WS=0.22，WC=0.17。
根据所确定的指标权重，利用城市化水平测度指标，则可计算得到历年的乌鲁木齐城市化水平复合指数（见表2）由表2可以看出，乌鲁木齐1995-2018年城市化水平复合指数从1995年的0.1034增长到2018年的1.000，城市化水平稳步提升其中人口因子和经济因子所占比重无明显变化，而社会因子和环境因子所占比重具有明显提升，对于城市化进程具有较大影响及带动作用二、乌鲁木齐市综合夜间灯光指数（一）数据源与数据预处理本文利用ArcGIS软件首先对1995年、2000年、2005年、2012年四年的夜间灯光数据与乌鲁木齐市行政区划矢量图分别进行Albert等面积圆锥投影，然后剪裁投影转换过后的图形，最终得到各年份的夜间灯光数据并提取其属性数据根据DMSP/OLS方法提取的乌鲁木齐市对应的夜间灯光图发现乌鲁木齐市夜晚光斑的分布随着年份增加变得越来越多，城市化在一定程度上有所发展本研究中所用到的数据如表3所示需要说明的是，虽然DMSP/OLS数据能够为大尺度城市化研究提供数据源，但是时序仅到2013年，而NPP/VIIRS数据自2012年开始更新，两者重合时段为拟合长时序（1995-2018）灯光数据提供了可能。
因此本文拟合两种灯光数据，为研究提供数据支撑DMSP和NPP灯光数据处理包含基础处理和数据拟合两部分：基础处理DMSP为年度数据，数据剔除了月光等噪音的干扰，但由于传感器衰退以及并未进行星上定标，导致数据存在异常波动[20]595;NPP/VIIRS数据为月度数据，其探测通道提高了空间分辨率，过滤了云、闪电等无关扰动基于上述说明，本文借助已有研究对两种数据分别进行降噪处理[21]1092，从而可使单一数据的精度得到保证本文借助李雪萍[22]138等提出的不变区域校正法对两数据进行提取，然后建立回归模型对重合期NPP数据进行修正，以实现两者的有效拟合二）构建综合夜间灯光指数对夜间灯光数据的有效提取，突破以往仅采用统计数据的研究瓶颈，能够综合体现影响城市化的多方面因素相互作用产生的影响本文从区域灯光面积（A）与区域平均灯光强度（M）这两方面属性构建综合夜间灯光指数以反映乌鲁木齐的城市化水平三）乌鲁木齐综合夜间灯光指数计算综合夜间灯光指数是由区域灯光面积与区域平均灯光强度分别配以各自的权重再相加求和得到，而权重又因为不同城市的城市化水平差异而有所不同权重按照WA+WM=1并且保持0.1的间隔进行组合。
本文发现，当权重分别为WA=0.6和WM=0.4时，综合夜间灯光指数与城市化综合指标之间的相关系数达到最大为0.971，说明综合夜间灯光指数能够较好反映城市化水平所以综合考虑，最终将权重确定为WA=0.6和WM=0.4根据式（1）计算得到最终的综合夜间灯光指数，见表4由表4可知，乌鲁木齐综合夜间灯光指数从1995年的0.201上升到2018年的0.344，扩大约1.7倍，尤其是2008年后综合夜间灯光指数增速较快，城市化推动力强劲其中区域平均灯光强度（M）变动趋势整体表现为波动上升，1995年区域灯光强度开始有所下降，1999年达到较低水平，2000年后区域灯光强度逐步增强达到2018年的0.421类似地，区域灯光面积（A）变动也表现为波动上升趋势，城市化水平整体表现为稳步提高三、基于夜间灯光指数和复合指数的乌鲁木齊城市化水平综合分析通过利用SPSS软件对乌鲁木齐市综合夜间灯光指数和乌鲁木齐城市化水平复合指数之间进行的双变量回归分析结果见表5城市化夜间灯光指数和城市化水平综合指数在0.01水平上显著正相关，相关系数为0.971因此，夜间灯光指数能够用来测度城市化水平，很好地克服了统计数据所存在的遗漏缺失以及易受人为因素干扰等问题，具有较好的年际可比性和易获取性。
根据SPSS软件结果，城市化夜间灯光指数与城市化水平综合指标显著相关，可以直接利用夜间灯光数据来替代统计数据分析城市化进程夜间灯光指数值越高，表明该区域经济发展和城市化水平越高，经济活动越活跃根据表4画出的乌鲁木齐城市化水平变动趋势图1由图1可以看出，乌鲁木齐综合夜间灯光指数整体表现为稳步上升，1995年到2008年为止，综合夜间灯光指数系数比较平稳上升，2008年后，趋势图斜率开始变得陡峭，城市化推动力强劲如果把区域平均灯光强度（M）变动趋势和区域灯光面积（A）变动趋势综合考虑会发现，区域灯光覆盖面积和区域平均灯光强度也逐年扩大和增强，城市化水平稳步提高但是，从区域灯光面积与区域平均灯光强度这两个指标在乌鲁木齐综合夜间灯光指数中各自的权重可以发现，区域灯光面积指标所占比重较大，而区域平均灯光强度指标占比相对较小从整体上来说，虽然不同城市之间区域灯光面积指标与区域平均灯光强度指标会有所差异，但总体规律是趋于一致的，也就是城市化水平越高的城市，区域平均灯光强度占比就越大，可能的解释是在城市面积一定的前提下，往往会选择增加单位面积的经济建设或资本投入等以提升城市化水平，从而平均灯光强度也会随之提高;而对于城市化水平比较低的区域或城市而言，可能主要是靠大面积增加建设用地而不是单位面积的经济建设或资本投入来提高城市化水平。
说明从综合灯光指数的角度来看，乌鲁木齐虽然城市化水平不断提高，但高质量高效率城市化发展能力有待提高四、关联分析以上通过夜间灯光数据拟合测度了城市化水平，为了说明乌鲁木齐市城市化水平提升与产业结构演变之间的匹配度问题，下面通过回归分析深入探究基于夜间灯光的城市化水平与产业结构演变之间的联系一）产业结构现状从乌鲁木齐三次产业产值变动趋势来看，1995年到2018年为止，乌鲁木齐产业产值比重结构始终保持三产大于二产大于一产的趋势其中第一产业表现出稳定的下降趋势，相比之下第二产业和第三产业的波动较大如图2所示由图2可以看出，乌鲁木齐第一产业产值增加值占GDP的比重逐步降低，从1995年的3.35%到2018年的0.83%;第二产业产值增加值占比从1995年的37.79%小幅下降到2002年的33.33%，之后稳步上升到2011年的45.99%，然后小幅下降到2018年的30.68%;第三产业产值增加值比重逐步增加，2018年达到68.49%，总体来说，乌鲁木齐第三产业产值占地区生产总值比重较大从乌鲁木齐三次产业就业比重变动趋势来看，乌鲁木齐产业就业比重结构也始终保持三产大于二产大于一产的趋势其中第一产业就业比重维持在较低水平，相比之下第二产业整体呈现下降趋势，相反第三产业就业比重整体趋于稳步上升。
具体请看图3由图3可以看出，第一产业就业比重从1995年的9.6%小幅下降到2018年的4.7%，而第二产业的就业比重却大幅降低，从1995年的43.4%下降到2001年的26.6%，之后虽缓慢上升到2004年的29.8%，之后逐步下降到2018年的20.3%;而第三产业吸纳劳动力的能力逐步增强，从1995年的47%增加到2018年的74.9%从三次产业产值增加值占比和就业占比可以看出，乌鲁木齐属于典型的三二一发展格局二）产业结构偏离度产业结构偏离度作为分析产业结构与就业结构之间协调关系的常用工具和衡量指标，。